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计算机科学 > 密码学与安全

arXiv:2507.02181v1 (cs)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: 全9轮和减少轮数的库兹涅齐克密码的扩展c-差分区分器

标题: Extended c-differential distinguishers of full 9 and reduced-round Kuznyechik cipher

Authors:Pantelimon Stanica, Ranit Dutta, Bimal Mandal
摘要: 本文介绍了{\em 截断内部$c$-差分密码分析},一种首次使$c$-微分均匀性在分组密码中实际应用成为可能的新技术。虽然 Ellingsen 等人(IEEE Trans. Inf. Theory, 2020)使用$(F(x\oplus a), cF(x))$建立了$c$-微分均匀性的概念,但一个关键挑战依然存在:乘以$c$会破坏分组密码分析中关键加法所必需的结构特性。 我们通过开发一个\emph{内部的} $c$ -微分方法来解决这个挑战,其中乘以$c$影响输入:$(F(cx\oplus a), F(x))$。 我们证明了函数$F$的内部$c$-微分均匀性等于$F^{-1}$的外部$c$-微分均匀性,从而建立了基本的对偶性。 这种修改保留了密码结构,同时实现了实际的密码分析应用。 我们的主要贡献是一个全面的多方面统计计算框架,针对完整的9轮Kuznyechik密码实施截断的$c$-微分分析(内部$c$-差异对后端密钥异或具有免疫性)。 通过涉及数百万个微分对的广泛计算分析,我们在所有测试的轮数中都展示了统计上显著的非随机性。 对于完整的9轮密码,我们识别出多个触发关键安全警报的配置,偏差比达到$1.7\times$,校正后的p值低至$1.85 \times 10^{-3}$,这表明对这种新的攻击向量的安全性余量不足。 这是针对完整9轮Kuznyechik的第一个实际区分器。
摘要: This paper introduces {\em truncated inner $c$-differential cryptanalysis}, a novel technique that for the first time enables the practical application of $c$-differential uniformity to block ciphers. While Ellingsen et al. (IEEE Trans. Inf. Theory, 2020) established the notion of $c$-differential uniformity using $(F(x\oplus a), cF(x))$, a key challenge remained: multiplication by $c$ disrupts the structural properties essential for block cipher analysis, particularly key addition. We resolve this challenge by developing an \emph{inner} $c$-differential approach where multiplication by $c$ affects the input: $(F(cx\oplus a), F(x))$. We prove that the inner $c$-differential uniformity of a function $F$ equals the outer $c$-differential uniformity of $F^{-1}$, establishing a fundamental duality. This modification preserves cipher structure while enabling practical cryptanalytic applications. Our main contribution is a comprehensive multi-faceted statistical-computational framework, implementing truncated $c$-differential analysis against the full 9-round Kuznyechik cipher (the inner $c$-differentials are immune to the key whitening at the backend). Through extensive computational analysis involving millions of differential pairs, we demonstrate statistically significant non-randomness across all tested round counts. For the full 9-round cipher, we identify multiple configurations triggering critical security alerts, with bias ratios reaching $1.7\times$ and corrected p-values as low as $1.85 \times 10^{-3}$, suggesting insufficient security margin against this new attack vector. This represents the first practical distinguisher against the full 9-round Kuznyechik.
主题: 密码学与安全 (cs.CR) ; 信息论 (cs.IT)
MSC 类: 94A60, 11T71, 12E20, 68P25, 62P99
引用方式: arXiv:2507.02181 [cs.CR]
  (或者 arXiv:2507.02181v1 [cs.CR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.02181
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Pantelimon Stanica [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 22:27:33 UTC (43 KB)
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